劉 依，劉 敏，賀艷萍，董國清

(1.武漢工業(yè)學(xué)院生物與制藥工程學(xué)院，湖北武漢430023;2.武漢工業(yè)學(xué)院食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖北武漢430023)

1 QM基因發(fā)現(xiàn)與保守性

1.1 QM的發(fā)現(xiàn)

Wilms’腫瘤是一種在兒童中高發(fā)的腎母細(xì)胞瘤，Weissman等［1］研究發(fā)現(xiàn)，通過微細(xì)胞轉(zhuǎn)移技術(shù)將正常人的11號染色體轉(zhuǎn)入Wilms’腫瘤細(xì)胞后，這些細(xì)胞的瘤變性質(zhì)完全受到抑制，而轉(zhuǎn)入其它的染色體時則沒有影響，從而推斷11號染色體上存在調(diào)控腎母細(xì)胞瘤變的遺傳信息，并將其定位于染色體的 11pl3和 11p15區(qū)域。隨后，Dowdy等［2］對Wilms’腫瘤發(fā)生細(xì)胞系(G401)和來自同一細(xì)胞系經(jīng)轉(zhuǎn)化后非腫瘤發(fā)生的雜合細(xì)胞G401(110.1/G401.1)進(jìn)行cDNA/RNA差減雜交實(shí)驗(yàn)，克隆到一個cDNA片段，命名為QM，該cDNA長745 bp，編碼一個分子量為25 kDa的堿性蛋白。QM基因定位于Xq28區(qū)域［3］，我們進(jìn)行序列查詢時也發(fā)現(xiàn)QM基因包含7個外顯子，定位于Xq28區(qū)域。

在Wilms’腫瘤抑制方面，由于QM基因在腫瘤發(fā)生和非腫瘤發(fā)生細(xì)胞系間的表達(dá)水平存在明顯差異，因此Dowdy等［2］推斷QM基因可能與非腫瘤表型的維持有關(guān)。但隨后研究表明，在染色體的11p區(qū)域并不存在QM基因同源序列，從而證明QM基因并不直接參與Wilms’腫瘤的抑制［4］。但是QM基因在腫瘤發(fā)生和非腫瘤發(fā)生細(xì)胞系之間的表達(dá)差異仍然值得我們?nèi)ニ伎肌?/p>

繼Dowdy等［2］從人基因組中克隆 QM基因之后，研究工作者又陸續(xù)從其它真核生物中克隆了QM的同源基因，我們對GenBank中已發(fā)布序列進(jìn)行檢索時也發(fā)現(xiàn)，QM基因序列在大多真核生物中都存在。

1.2 QM基因的保守性

L16p/L10e蛋白質(zhì)家族(Pfam蛋白質(zhì)家族數(shù)據(jù)庫)包括三大類蛋白質(zhì)：真核生物核糖體蛋白L10(即RPL10，也稱為QM)、真細(xì)菌核糖體蛋白L16及古細(xì)菌核糖體蛋白L10e。L16p/L10e蛋白質(zhì)家族蛋白主要在核糖體大亞基上構(gòu)建氨酰tRNA結(jié)合位點(diǎn)，并且在進(jìn)化上非常保守，特別是真核生物核糖體蛋白L10［5］。如：茶QM同源基因CsQM包含651 bp的開放閱讀框，編碼216個氨基酸殘基，與其它植物中得到的QM同源物在核苷酸和氨基酸水平上具有71%—87%和85%—91%的相似性［6］。

另外，序列分析顯示真核生物核糖體蛋白L10的N端175個氨基酸高度保守，特別是帶電氨基酸;相比而言，它們在C末端的變異相對較大，但是在同一進(jìn)化水平的物種內(nèi)還是相當(dāng)保守的。進(jìn)化分析也表明，QM基因進(jìn)化速度較慢，大約每2200萬年有 1%的改變［7］。

2 QM蛋白具有多種多樣的生物學(xué)功能

2.1 QM的腫瘤抑制功能

QM最初就是作為Wilms’腫瘤的一種待定抑制因子被發(fā)現(xiàn)的，雖然后來證明QM基因并不直接涉及Wilms’腫瘤的抑制，但它在腫瘤和非腫瘤細(xì)胞系之間的表達(dá)差異仍然值得我們?nèi)ニ伎迹?］。卵巢癌(ovarian cancer)作為一種常見的女性惡性腫瘤，同時也是迄今為止最致命的腫瘤之一，Shen等［8］對29個卵巢癌組織切片進(jìn)行研究時發(fā)現(xiàn)，Xq28區(qū)域的高頻率雜合性丟失(Loss of heterozygosity，LOH)和微衛(wèi)星不穩(wěn)定性(microsatellite instability，MSI)及QM基因605位高頻率A/G雜合度與卵巢癌具有相關(guān)性。通過免疫組化檢測QM蛋白在人類前列腺組織及前列腺癌中的表達(dá)時發(fā)現(xiàn)，在前列腺癌發(fā)生早期，QM蛋白在非瘤性前列腺組織、高分級前列腺上皮內(nèi)瘤(high-grade prostatic intraepithelial neoplasia，HGPIN)、低分級前列腺癌(low-grade prostatic adenocarcinomas)到高分級前列腺癌(low-grade prostatic adenocarcinomas)中的表達(dá)量是下調(diào)的，這支持了QM蛋白具有腫瘤抑制功能的觀點(diǎn);而隨后的發(fā)展過程中，QM蛋白的表達(dá)量卻是上調(diào)的，可能與腫瘤細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的高表達(dá)水平有關(guān)［9］。Src酪氨酸激酶家族蛋白與細(xì)胞內(nèi)多條信號傳導(dǎo)途徑有關(guān)，在細(xì)胞生長、分化、衰老等生命活動中具有重要的作用，研究發(fā)現(xiàn)QM蛋白能與Src酪氨酸激酶家族成員c-Yes(原癌基因c-Yes的編碼產(chǎn)物)相互作用，其中QM蛋白存在2個不同的結(jié)構(gòu)域可以與c-Yes的SH3結(jié)構(gòu)域結(jié)合，免疫熒光實(shí)驗(yàn)也顯示，QM蛋白與c-Yes的相互作用存在于各種腫瘤細(xì)胞系內(nèi)［10］。此外，QM蛋白在調(diào)控胰腺瘤細(xì)胞生長方面也具有重要作用。

2.2 QM基因編碼核糖體蛋白

在真核生物中，RPL10作為一種核糖體蛋白，在核糖體裝配及蛋白質(zhì)合成方面具有重要的作用。RPL10是位于核糖體60 S亞基上的外周蛋白，是40 S亞基和60 S亞基組裝形成80 S核糖體不可缺少的組分，其中，RPS6(核糖體蛋白S6，位于40S亞基上)與RPL10相互作用在大小亞基組裝過程中發(fā)揮重要作用［11］。在核糖體60 S亞基成熟過程中，銜接蛋白Nmd3p在細(xì)胞核中與初生核糖體60 S亞基結(jié)合，提供核輸出信號(nuclear export signal，NES)，進(jìn)而介導(dǎo)60S亞基轉(zhuǎn)移至細(xì)胞質(zhì)中，而Nmd3p從亞基上的釋放需要Rpl10p和Lsg1p參與：在細(xì)胞質(zhì)中，Rpl10p在其分子伴侶Sqt1p協(xié)助下結(jié)合到亞基上，細(xì)胞質(zhì)GTP酶Lsg1p也在這一過程中結(jié)合到亞基上，并且Lsg1p可能先于Rpl10p和Sqt1p結(jié)合到大亞基上，最后，Nmd3p、Lsg1p和Sqt1p從成熟亞基上釋放［12-15］。

2.3 QM在轉(zhuǎn)錄調(diào)控方面的功能

AP-1(activator protein-1)是一類重要的真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子，正常情況下活性很低或無活性，但激活的AP-1與DNA序列結(jié)合之后能啟動多種與細(xì)胞分裂和增殖相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，參與細(xì)胞的增殖、分化和凋亡等過程，雞jif-1(QM同源基因)編碼蛋白可能作為Jun的一個負(fù)調(diào)控因子，能與轉(zhuǎn)錄因子AP-l的組分之一Jun相結(jié)合，進(jìn)而抑制Jun與DNA結(jié)合，降低Jun的反式激活作用［16］。內(nèi)阿米巴(Entamoeba histolytica)EhL10(QM同源蛋白)可以破壞AP-1與c-Jun-like蛋白的專一性結(jié)合，同時EhL10與c-Jun-like蛋白形成復(fù)合物可以干擾由c-Jun調(diào)控的靶基因轉(zhuǎn)錄［17］。另外，QM蛋白可能是一個新的鋅結(jié)合轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白，通過與c-Jun的亮氨酸拉鏈結(jié)合發(fā)揮作用，如：Zn2+離子與合浦珠母貝QM蛋白一起孵育將導(dǎo)致其固有熒光發(fā)射的減少及λmax發(fā)射發(fā)生紅移，即導(dǎo)致QM構(gòu)象發(fā)生變化［18］。此外，小麥TaQM蛋白可以與WPBF相互作用，進(jìn)而增強(qiáng)儲藏蛋白基因 α-gliadin的表達(dá)［19］。

2.4 QM參與細(xì)胞的生長、分化及凋亡

QM基因作為一種持家基因，在基本生命活動中發(fā)揮重要作用。通過對茶不同生長時期葉片中CsQM(QM同源基因)表達(dá)水平進(jìn)行研究分析發(fā)現(xiàn)，在活躍生長期的心尖芽中可以觀察到CsQM基因的高水平表達(dá)，并且表達(dá)水平隨著葉齡的增加而逐漸降低;在休眠季節(jié)，在所有研究的葉片中CsQM基因的表達(dá)水平都有較高的下調(diào)［6］。在MC3T3-E1細(xì)胞系中，過表達(dá)QM基因能夠使堿性磷酸酶(alkaline phosphatase，ALP)活性顯著性升高，進(jìn)而促進(jìn)成骨細(xì)胞分化，同時QM基因過表達(dá)也能夠使礦化結(jié)節(jié)增加，提示QM蛋白可能在促進(jìn)成骨細(xì)胞礦化方面也具有一定作用［20］。卵巢早衰(Premature ovarian failure，POF)是一種常見的女性疾病，它與X染色體上的基因表達(dá)異常有著密切的關(guān)系，Massad-Costa等［21］對卵巢敗育病人進(jìn)行研究時發(fā)現(xiàn)，在一例卵巢敗育病人的QM基因區(qū)域存在5個突變位點(diǎn)，其中4個可以改變蛋白質(zhì)的氨基酸序列，但是QM基因進(jìn)化速度較慢，大約每2200萬年有1%的改變［7］，因此推斷QM基因可能與卵巢早衰具有一定關(guān)聯(lián)，但是其作用機(jī)理仍然需要進(jìn)一步研究。

阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)可分為家族遺傳性和散發(fā)性2種，其中家族性AD的一個主要致病基因是早老素基因(Presenilin 1，PS1)，定位于14號染色體上，PS1能與c-Jun的一種負(fù)調(diào)控因子QM/Jif-1相互作用，進(jìn)而調(diào)控c-Jun介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄及細(xì)胞凋亡［22］。此外，降低RPL10等核糖體蛋白基因的拷貝數(shù)(QM基因在酵母中是多拷貝的)能夠在一定程度上延長酵母的復(fù)制周期［23］。

2.5 QM參與免疫應(yīng)答

此外，QM基因在免疫應(yīng)答方面也具有重要的作用。Wen等［24］在研究草魚抗病時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)受到嗜水氣單孢菌(Aeromonas hydrophila)和草魚出血病病毒(GCHV)侵染時，GcQM在前腎、脾和肝中的表達(dá)水平顯著上調(diào)，表明草魚GcQM可能是一種炎癥脅迫誘導(dǎo)基因，在免疫防御中發(fā)揮重要作用。日本囊對蝦PjQM蛋白能與免疫球蛋白和酚氧化酶(免疫激活系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵酶)相互作用，從而介導(dǎo)免疫應(yīng)答反應(yīng)［25］。另外，rpL10A是 NIK1(NSP-interacting kinase-1)的一種特異性配體和底物，并作為NIK1介導(dǎo)的防御途徑的下游元件發(fā)揮作用，細(xì)胞質(zhì)中的rpL10A由NIK1磷酸化后，由NIK1介導(dǎo)轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核中，并在那里影響和調(diào)控病毒的增殖，但是磷酸化的rpL10A是如何發(fā)揮抗病毒作用的仍然不是很清楚［26-27］。但是來自大白菜曲葉病毒(CaLCuV)的NSP(nuclear shuttle protein)能夠與NIK1的激活區(qū)域結(jié)合，阻止NIK1的自身磷酸化作用，進(jìn)而終止整個防御通路［26］。

3 結(jié)束語

QM基因廣泛存在于真核生物中，并且在進(jìn)化上高度保守。我們在GenBank中進(jìn)行序列搜索時也發(fā)現(xiàn)，都有QM基因序列存在于大多數(shù)真核生物中，其中以動物界和真菌界為主，而在植物界和原生生物界中的克隆較少。對這些QM基因序列進(jìn)行比對分析發(fā)現(xiàn)，它們在進(jìn)化上非常保守(數(shù)據(jù)未發(fā)表)。

功能研究表明，QM蛋白是一種多功能蛋白，在腫瘤抑制、核糖體構(gòu)型與功能維持、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、免疫應(yīng)答及細(xì)胞生長分化和凋亡等方面都具有重要的作用。雖然QM蛋白在生命活動中扮演重要的角色，但是對于QM蛋白在這些過程中的功能機(jī)理依然存在許多未知。此外，關(guān)于QM基因克隆及功能的研究主要集中于動物和酵母中，而植物和原生生物中較少。因此，QM基因在生命活動中的功能還有待進(jìn)一步的研究。我們相信，隨著對不同物種中QM基因研究的不斷深入，其在生物體中的作用機(jī)理將會被進(jìn)一步闡述清楚，最終為人類的疾病治療、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活等方面提供有益的指導(dǎo)。

［1］ Weissman B E，Saxon P J，Pasquale S R，et al.Intriduction of a normal human chromosome-11 into a wilms tumor-cell line controls its tumorigenic expression［J］.Science，1987，236(4798)：175-180.

［2］ Dowdy S F，Lai K M，Weissman B E，et al.The isolation and characterization of a novel cDNA demonstrating an altered mRNA level in nontumorigenic Wilms’microcell hybrid cells［J］.Nucleic Acids Res.，1991，19(20)：5763-5769.

［3］ Kaneko K，Kobayashi H，Onodera O，et al.Genomic organization of a cDNA(QM)demonstrating an altered mRNA level in nontumorigenic Wilms’microcell hybrid cells and its localization to Xq28［J］.Hum Mol Genet.，1992，1(7)：529-533.

［4］ van den Ouweland A M，Verdijk M，Mannens M M，et al.The QM gene is X-linked and therefore not involved in suppression of tumorigenesis in Wilms’tumor［J］.Hum Genet，1992，90(1-2)：144-146.

［5］ Nishimura M，Kaminishi T，Takemoto C，et al.Crystal structure of human ribosomal protein L10 core domain reveals eukaryote-specific motifs in addition to the conserved fold［J］.J Mol Biol，2008，377(2)：421-30.

［6］ Singh K，Paul A，Kumar S，et al.Cloning and differential expression of QM like protein homologue from tea［Camellia sinensis(L.)O.Kuntze］［J］.Mol Biol Rep，2009，36(5)：921-927.

［7］ Farmer A A，Loftus T M，Mills A A，et al.Stanbridge E J.Extreme evolutionary conservation of QM，a novel c-Jun associated transcription factor［J］.Hum Mol Genet，1994，3(5)：723-728.

［8］ Shen X J，Ali-Fehmi R，Weng C R，et al.Loss of heterozygosity and microsatellite instability at the Xq28 and the A/G heterozygosity of the QM gene are associated with ovarian cancer［J］.Cancer Biol Ther，2006，5(5)：523-528.

［9］ Altinok G，Powell I J，Che M，et al.Reduction of QM protein expression correlates with tumor grade in prostatic adenocarcinoma［J］.Prostate Cancer Prostatic Dis，2006，9(1)：77-82.

［10］ Oh H S，Kwon H，Sun S K，et al.QM，a putative tumor suppressor，regulates proto-oncogene c-yes［J］.J Biol Chem.，2002，277(39)：36489-36498.

［11］ Pachler K，Karl T，Kolmann K，et al.Functional interaction in establishment of ribosomal integrity between small subunit protein rpS6 and translational regulator rpL10/Grc5p［J］.FEMS Yeast Res.，2004，5(3)：271-280.

［12］ West M，Hedges J B，Chen A，et al.Defining the order in which Nmd3p and Rpl10p load onto nascent 60S ribosomal subunits［J］.Mol Cell Biol.，2005，25(9)：3802-3813.

［13］ Zemp I，Kutay U.Nuclear export and cytoplasmic maturation of ribosomal subunits［J］.FEBS Lett，2007，581(15)：2783-2793.

［14］ Hedges J，West M，Johnson A W.Release of the export adapter，Nmd3p，from the 60S ribosomal subunit requires Rpl10p and the cytoplasmic GTPase Lsg1p［J］.EMBO J，2005，24(3)：567–579.

［15］ Hofer A，Bussiere C，Johnson A W.Mutational analysis of the ribosomal protein Rpl10 from yeast［J］.J Biol Chem，2007，282(45)：32630-32639.

［16］ Monteclaro F S，Vogt P K.A Jun-binding protein related to a putative tumor suppressor［J］.Proc Natl Acad Sci U S A，1993，90(14)：6726-6730.

［17］ Chávez-Rios R，Arias-Romero L E，Almaraz-Barrera Mde J，et al.L10 ribosomal protein from Entamoeba histolytica share structural and functional homologies with QM/Jif-1：proteins with extraribosomal functions［J］.Mol Biochem Parasitol.，2003，127(2)：151-160.

［18］ Zhang Y，Huang J，Meng Q，et al.Molecular cloning and expression of a pearl oyster(Pinctada fucata)homologue of mammalian putative tum or suppressor QM［J］.Mar Biotechnol(NY).，2004，6(1)：8-16.

［19］ Dong G Q，Ni Z F，Yao Y Y，et al.Wheat Dof transcription factor WPBF interacts with TaQM and activates transcription of an alpha-gliadin gene during wheat seed development［J］.Plant Mol Biol，2007，63：73–84.

［20］ Zhao Y，Guan H，Liu S F，et al.Overexpression of QM induces cell differentiation and mineralization in MC3T3-E1［J］.Biol Pharm Bull，2005，28(8)：1371-1376.

［21］ Massad-Costa A M，da Silva I D，Affonso R，et al.Gene analysis in patients with premature ovarian failure or gonadal dysgenesis：a preliminary study［J］.Maturitas.，2007，57(4)：399-404.

［22］ Imafuku I，Masaki T，Waragai M，et al.Presenilin 1 suppresses the function of c-Jun homodimers via interaction with QM/Jif-1［J］.J Cell Biol，1999，147(1)：121-34.

［23］ Chiocchetti A，Zhou J，Zhu H，et al.Ribosomal proteins Rpl10 and Rps6 are potent regulators of yeast replicative life span［J］.Exp Gerontol，2007，42(4)：275-286.

［24］ Wen Y，Shao J Z，Pan X X，et al.Molecular cloning，characterization and expression analysis of QM gene from grass carp(Ctenopharyngodon idellus)homologous to Wilms’tumor suppressor［J］.Comp Biochem Physiol B Biochem Mol Biol，2005，141(3)：356-365.

［25］ Xu J，Wu S，Zhang X.Novel function of QM protein of shrimp(Penaeus japonicus)in regulation of phenol oxidase activity by interaction with hemocyanin［J］.Cell Physiol Biochem.，2008，21(5-6)：473-480.

［26］ Carvalho C M，Santos A A，Pires S R，et al.Regulated nuclear trafficking of rpL10A mediated by NIK1 represents a defense strategy of plant cells against virus［J］.PLoS Pathog，2008，4(12).

［27］ Rocha C S，Santos A A，Machado J P，et al.The ribosomal protein L10/QM-like protein is a component of the NIK-mediated antiviral signaling［J］.Virology，2008，380(2)：165-169.